光响应基因L-半乳糖脱氢酶(AeGalDH)正向调控毛花猕猴桃抗坏血酸代谢的分子机制

本研究针对园艺作物套袋栽培导致果实抗坏血酸(AsA)含量下降的科学问题，通过毛花猕猴桃(Actinidia eriantha)果实套袋实验，鉴定出光响应关键基因AeGalDH。研究人员发现该基因在幼嫩组织中高表达，其启动子活性受光照显著调控，在番茄和猕猴桃中的遗传转化使GalDH酶活性分别提升13.97%和241.15%，AsA含量增加25.45%和113.47%。该研究首次阐明AeGalDH在光调控AsA代谢中的核心作用，为高AsA含量园艺作物育种提供理论依据。

　　

在园艺作物栽培中，套袋技术虽能保护果实免受病虫害侵袭，却意外带来"甜蜜的烦恼"——套袋果实中被称为"维生素C"的抗坏血酸(Ascorbic Acid, AsA)含量显著降低。这种水溶性抗氧化剂不仅是人体必需营养素，更是植物抵抗光氧化伤害的关键物质。然而，光照如何通过分子机制调控AsA代谢，特别是哪些光响应基因在其中扮演关键角色，始终是困扰学界的难题。

江西省农业科学院的研究人员选择具有"维生素C之王"美誉的毛花猕猴桃(Actinidia eriantha)为研究对象，其果实AsA含量可达普通猕猴桃的5-10倍。通过系统的套袋实验结合多组学分析，研究团队发现L-半乳糖脱氢酶(AeGalDH)的表达变化与AsA含量波动高度吻合。这个隶属于L-半乳糖途径的关键限速酶，能将L-半乳糖转化为AsA前体物质L-半乳糖-1,4-内酯。

为验证这一发现，研究人员运用了三大关键技术：通过套袋处理建立光响应模型，利用病毒诱导基因沉默(VIGS)和过表达载体进行功能验证，采用农杆菌介导法在番茄和中华猕猴桃中实现遗传转化。实验设计严谨，在100-240天开花后(DAF)设置8个采样点，每个时间点设置3个生物学重复，确保数据可靠性。

研究结果揭示三个重要发现：首先，套袋处理使毛花猕猴桃AsA含量降低13.7%，同时色素合成相关指标显著下降，而AeGalDH表达变化与AsA含量相关性最高(r=0.82)。其次，该基因在幼果等新生组织中表达最活跃，其启动子区域含有典型光响应元件，暗处理使启动子活性降低77%。进化分析显示GalDH在蔷薇科物种中发生基因复制事件，但在猕猴桃等物种中保持单拷贝。最令人振奋的是，过表达AeGalDH使转基因番茄AsA提升25.45%，在低AsA含量的中华猕猴桃中更实现113.47%的增长，但伴随植株矮化的副作用。

讨论部分指出，AeGalDH通过"光信号-基因表达-酶活性-AsA积累"的级联反应影响抗氧化代谢。该研究不仅首次在分子水平阐明光照调控AsA合成的机制，更发现AsA过量积累可能通过反馈抑制影响植物发育。这些发现为培育高营养价值果蔬品种提供分子靶点，同时警示基因编辑中需注意代谢平衡调控。论文创新性地将栽培实践与分子机制研究相结合，为理解植物环境适应性提供新视角。

该成果发表于《Hormones and Behavior》，标志着我国在园艺作物功能基因研究领域取得重要突破。未来研究可进一步解析AeGalDH启动子中的光响应元件，并探索通过时空特异性表达规避生长抑制的方法，为农产品品质改良开辟新途径。